Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số chủ yếu của tàu dầu chạy biển có trọng tải dưới 80 000 tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ
CHỦ YẾU CỦA TÀU DẦU CHẠY BIỂN CÓ TRỌNG TẢI
DƯỚI 80.000 TẤN
NGƯỜI TRÌNH BÀY: KS NGUYỄN VĂN DƯƠNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN NGỌC TÚ


CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
PHẦN MỞ ĐẦU
- Tính cấp thiết của đề tài;
- Mục đích của đề tài;
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu;
- Phương pháp nghiên cứu.
PHẦN GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Chương 1: Tổng quan tàu dầu;
Chương 2: Các đặc trưng thiết kế tàu dầu.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
- Xu hướng vận tải bằng đường thủy đã và đang trở thành xu hướng
chính trên thị trường vận tải hàng hóa trên toàn thế giới;
- Sự phát triển đó cũng đặt ra những thách thức mới – đó là yêu cầu
tạo ra những con tàu có thiết kế vừa đảm bảo cho hoạt động khai thác
vừa có hiệu quả kinh tế cao;

- Các thông số chủ yếu của tàu dầu thường được xác định qua các
công thức thống kê.
Từ các vấn đề nêu trên, đòi hỏi phải có sự làm mới các số liệu thống
kê và phân tích một cách có hệ thống để đưa ra được các công thức
thực nghiệm có độ chính xác cao trong giai đoạn thiết kế ban đầu phù
hợp với các tàu dầu hiện nay.


MỞ ĐẦU
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu xây dựng bộ công thức xác định các thông số
chủ yếu của tàu phù hợp với các tàu dầu trong giai đoạn
thiết kế ban đầu;
- Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học tối ưu hóa các
thông số chủ yếu của tàu dầu trong giai đoạn thiết kế ban
đầu.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu là các tàu dầu chạy biển cỡ trung
có trọng tải dưới 80000 tấn.


MỞ ĐẦU
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thống kê số liệu và phân tích có hệ thống;
- Phương pháp luận trong lý thuyết thiết kế tàu thủy;
- Các lý thuyết về tối ưu hóa trong thiết kế tàu thủy.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU
KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ

Kiến trúc - kết cấu của các tàu vận tải được đặc trưng bởi
hình dạng bên ngoài và đặc điểm kết cấu của nó.
- Sử dụng mạn đơn và đáy đơn;
- Hệ kết cấu của vỏ tàu là – hệ thống dọc hoặc hệ hỗn hợp;

Mặt cắt ngang tàu dầu
thế hệ trước với mạn đơn
và đáy đơn


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU
KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ

- Khoang chở dầu sẽ kiêm luôn việc chứa ballast khi cần
thiết;
- Dạng mũi tàu sử dụng phổ biến là dạng mũi thẳng hoặc
mũi nghiêng một số tàu sử dụng dạng mũi quả lê hoặc
mũi bóng đèn tròn;

a) Mòi d¹ ng nghiªng b) Mòi d¹ ng th¼ng c) Mòi d¹ ng bãng ®Ì n trßn d) Mòi d¹ ng qu¶ lª


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU
KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ

- Đuôi tàu sử dụng dạng phổ biến là đuôi tuần dương hạm

cổ điển;

Hình dáng đuôi
tàu dầu thế hệ cũ


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU
KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ

- Buồng máy được bố trí ở khu vực lái;

- Kiến trúc thượng tầng, kiến trúc ngoài tàu dầu không khác nhiều
so với các tàu vận tải khác, kiến trúc “ba đảo’’ được sử dụng phổ
biến.

Kiến trúc của tàu
Azay le Rideau
trọng tải 51.930 tấn,
đóng năm 1964


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU
KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU HIỆN NAY

- Kiến trúc của tàu dầu cỡ trung và cỡ lớn buồng máy chỉ duy nhất
bố trí ở đuôi tàu;
- Tàu có một boong, tàu có thượng tầng mũi ngắn, ở các tàu dầu cỡ
lớn đôi khi còn không có;

Kiểu kiến trúc của

tàu dầu hiện nay


CHƯƠNG 1:
MỞ
TỔNG
ĐẦUQUAN TÀU DẦU
KIẾN
TRÚC
– KẾTCỦA
CẤU ĐỀ
TÀUTÀI
DẦU HIỆN NAY
MỤC
ĐÍCH

Hình dáng mũi và đuôi tàu
- Hình dáng mũi tàu, hầu hết tàu dầu hiện nay thường áp dụng dạng
mũi quả lê;
- Đuôi tàu thường sử dụng dạng đuôi xì gà hoặc đuôi transom;

Fr=0,148

Fr=0,177

Fr=0,184

Fr=0,188

Fr=0,203

Dạng mũi và dạng đuôi của các tàu dầu hiện nay


CHƯƠNG 1:
MỞ
TỔNG
ĐẦUQUAN TÀU DẦU
KIẾN
TRÚC
– KẾTCỦA
CẤU ĐỀ
TÀUTÀI
DẦU HIỆN NAY
MỤC
ĐÍCH

Đặc điểm phân khoang và bố trí khoang hàng
- Bố trí các khoang cách ly mũi và lái;
- Bố trí đáy đôi mạn kép và các vách dọc;

Bố trí đáy đôi và mạn kép


CHƯƠNG 1:
MỞ
TỔNG
ĐẦUQUAN TÀU DẦU
KIẾN
TRÚC

– KẾTCỦA
CẤU ĐỀ
TÀUTÀI
DẦU HIỆN NAY
MỤC
ĐÍCH

- Bố trí thiết bị boong;

- Bố trí thượng tầng.

Kiến trúc bên ngoài của tàu dầu hiện nay


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
HỆ
SỐ LỢI
DỤNG
LƯỢNG
CHIẾM NƯỚC
MỤC
ĐÍCH
CỦA
ĐỀ TÀI

Theo Burgeas [5]:

- Tàu dầu cỡ lớn DW = 0,715 ÷ 0,77;

- Tàu ven biển DW = 0,625 ÷ 0,715

Theo Rodionov H.H [5]:

DW = 0,83 ÷ 0,87.

Từ số liệu thống kê các tàu dầu hiện nay, tác giả đưa ra công thức:
DW = 0,412.DWT0,0626


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶC
TRƯNG
CHIỀU
DÀI TÀU
MỤC
ĐÍCH
CỦA
ĐỀ TÀI
Theo các tác giả đã thông kê các tàu dầu đóng trước năm 1990
- Tác giả Giorgis Delbene[5]kiến nghị:
LPP = k1 DW1/3

(m) (2.2)

- Theo tác giả Logachev[5]:
LPP =5,85 DW1/3 (m) DW <50.000) tấn

(2.3)

LPP = 14,5 DW1/4 (m) DW 50.000 tấn
Ltính toán, m
Tên tàu [13]

Lthực tế

DW

Theo (2.2)

Theo (2.3)

Giá trị Sai số % Giá trị Sai số %
Crystal Diamond

119.20

11339

132.55

11.20

131.43

10.26

EMMY SCHULTE

135.60

16968

151.61

11.81

150.33

10.86

BRAGE ATLANTIC 132.40

17460

153.06

15.61

151.76

14.63

SARACENA

144.20

20000

160.15

11.06

158.79

10.12

ALNOMEN

168.00

37256

197.05

17.29

195.38

16.30

Stx Ace1

173.90

40000

201.78

16.03

200.07

15.05

Độ tin cậy của các công
thức (2.2), (2.3)


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶC
TRƯNG
CHIỀU
DÀI TÀU
MỤC
ĐÍCH
CỦA
ĐỀ TÀI
Thống kê các tàu dầu đã đóng những năm gần đây [13], tác giả kiến nghị sử dụng
công thức sau:
Lpp = 6.9188DW0.304, m (2.4)

Tên tàu [13]

Lthực tế

DW

Crystal Diamond
FURENAS
EMMY SCHULTE
BRAGE ATLANTIC
SARACENA
OTTOMANA

119.20
128.36
135.60
132.40
144.20
158.70

11339
12924
16968
17460
20000
25000

Ltính toán, m
Theo (2.4)
Giá trị
Sai số %
118.20
-0.84
123.00

-4.18
133.61
-1.47
134.78
1.79
140.46
-2.60
150.32
-5.28

Đánh giá sai số theo công thức (2.4)


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶCĐÍCH
TRƯNG
CHIỀU
MỤC
CỦA
ĐỀRỘNG
TÀI TÀU
- Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị
B = k2 DW1/3
(m) (2.5)
- Theo kết quả nghiên cứu của Logachev[5]:
B = 0,85 DW1/3 (m) (2.6)
Btính toán, m

Tên tàu [13]

Bthực tế

25.60
27.40
OTTOMANA
32.20
LISTA
HISTRIA GIADA 32.20
32.20
Stx Ace1
SARACENA

DW
20000
25000
27900
40410
40000

Theo (2.5)

Theo (2.6)

Giá trị Sai số %

Giá trị

Sai số %

21.99
23.83
24.81
28.50
28.39

23.07
24.85
25.78
29.17
29.07

-9.87
-9.29
-19.9
-9.41
-9.72

-14.11
-13.03
-22.96
-11.50
-11.85

Độ tin cậy của các công thức (2.5) và (2.6)


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG

ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶCĐÍCH
TRƯNG
CHIỀU
MỤC
CỦA
ĐỀRỘNG
TÀI TÀU

- Theo kết quả nghiên cứu các số liệu thống kê các tàu dầu đóng những
năm gần đây, tác giả đề xuất công thức:
B =1.104. DW0.312, m Với DW<40.000 tấn
(2.7)
Tên tàu [13]

Bthực tế

DW

FURENAS
EMMY SCHULTE
BRAGE ATLANTIC
OTTOMANA
LISTA
ALNOMEN

21.50
23.00
22.80
27.40

28.30
31.00

12924
16968
17460
27000
27900
37256

Btính toán, m
Theo (2.7)
Giá trị Sai số %
21.16
-1.56
23.05
0.23
23.26
2.02
26.67
-2.65
26.95
-4.77
29.51
-4.80

Độ tin cậy của công thức
do tác giả đề xuất

CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶCĐÍCH
TRƯNG
CHIỀU
MỤC
CỦA
ĐỀCHÌM
TÀI TÀU
Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị:
T = k3 DW1/3

(m) (2.8)

Theo Logachev[5]:
T = 0,78 DW1/4 (m) (2.9)

Ttính toán, m
Tên tàu [13] Tthực tế

DW

Theo (2.8)

Theo (2.9)

Giá trị Sai số % Giá trị

Sai số %

12.2 40000 10.94
KANDILOUSA 12.2 46197 11.48

-10.30
-5.88

11.03
11.44

-9.58
-6.27

MOSKALVO 12.2 46260 11.49

-5.84

11.44

-6.24

Stx Ace1

BORAQ

12.2 46280 11.49

-5.83

11.44

-6.23

AZOV SEA

12.2 47363 11.58

-5.10

11.51

-5.68

Độ tin cậy của các
công thức (2.8), (2.9)


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶCĐÍCH
TRƯNG
CHIỀU
MỤC
CỦA
ĐỀCHÌM
TÀI TÀU
Theo tác giả kiến nghị:
T =0.6DW0.2761 , m (2.10) với DW< 40.000 tấn
T = 0.3767DW0.3237, m (2.11) với 40.000 tấn ≤ DW< 80.000 tấn

Ttính toán, m
Tên tàu [13]

Tttế

DW

Crystal Diamond
FURENAS
EMMY SCHULTE
SARACENA
OTTOMANA
LISTA
ALNOMEN

8.3
8.0
8.9
9.0
10.0
10.5
10.5

11339
12924
16968
20000
27000
27900
37256

Theo (2.10) (2.11)
Giá trị Sai số %
7.90
-4.82
8.19
2.38
8.83
-0.79
9.24
2.67
10.04
0.38
10.13
-3.53
10.97
4.49

Độ tin cậy của công thức (2.10), (2.11)


CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶCĐÍCH
TRƯNG
CHIỀU
MỤC
CỦA
ĐỀ CAO

TÀI MẠN
Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị:
D = k4DW1/3 (m)

(2.12)

Theo tác giả đề xuất:
D = 0.4559DW0.3418 , m (2.13)

Tên tàu [13]

D Thực

Dtính toán, m
DW

tế

OTTOMANA
LISTA
SEADEVIL
ROBIN
ALNOMEN
ROSEG
Seatrout

14.6

25000

15.6
16.8
17.6
17.2
17.2
17.1

27900
32250
35966
37256
40000
40600

Theo (2.12)

Theo (2.13)

Giá trị

Sai số %

Giá trị

Sai số %

13.01
13.41
13.93
14.33

14.45
14.71
14.78

-10.88
-14.05
-17.06
-18.60
-15.97
-14.50
-13.32

14.52
15.08
15.84
16.45
16.65
17.06
17.14

-0.52
-3.34
-5.69
-6.55
-3.22
-0.84
0.54

Độ tin cậy của công thức (2.12) và (2.13)

CB=

CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞ
TRƯNG
ĐẦUKÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
ĐẶC TRƯNG
HỆ SỐĐỀ
BÉO
THỂ TÍCH
MỤC
ĐÍCH CỦA
TÀI
Theo Alecxander [5]:
CB = 1,05 – 1,68 Fr

Tàu dầu hiện đại CB = 0,922 - 0.5794.Fr

(2.14)

Theo Van Lammeren [5]
CB = 1,137 – 0,6 v

Theo Delbene [5]:

(2.15)

L

 v  v 2 

CB = 0,505  1,2

 
 L  L  

(2.16)

Theo số liệu thống kê tác giả đề xuất công thức sau :
CB =0,922-0,5794.Fr

(2.17)


CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA
CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU
3.1. Bài toán tối ưu hoá tổng quát trong thiết kế tàu.
- Giả sử X (x1,x2,…xn) – là véc tơ các thông số của tàu thiết kế cần tìm (véc tơ
của các biến cần tối ưu)

(xi)min ≤ xi ≤ (xi)max,

i = 1,…,n

(3.1)

- Giả sử C (c1, c2…, cn) – là véc tơ các thông số của nhiệm vụ thư thiết kế

- Giả sử véc tơ Gj(X, C) – là véc tơ điều kiện biên biểu diễn các yêu cầu đối với
tàu thiết kế;
Gj(X, C) ≥ Aj j=1,…, m

(3.2)
trong đó Aj – là yêu cầu của Quy phạm và CƯQT về tàu thiết kế
- Hàm mục tiêu Z(X, C) (tiêu chí để lựa chọn phương án tối ưu). Phương án tối
ưu là sẽ là phương án có Z(X, C) →cực trị


CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA
CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU
3.2. Mô hình toán học tối ưu hoá các thông số chủ yếu của tàu dầu
- Các thông số đầu vào: DWT, Vs, loại hàng, tuyến đường,…
- Các thông số cần tối ưu: X(xi)
x1= ∆m – lượng chiếm nước toàn tải của tàu
x2 = L – chiều dài tàu
x3= CB – hệ số béo thể tích của tàu
x4 = B/T
x5 = D/T


CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA
CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU
3.2. Mô hình toán học tối ưu hoá các thông số chủ yếu của tàu dầu
- Xác định biên độ dao động của các biến cần tối ưu
2,193DW 0 ,944  x1  1,764 DW 0 ,976 ;
5,06 DW 0 ,3285  x2  14,1DW 0 ,246 ;
0,76  x3  0,86;
2,2  x4  3,0;
1,25  x5  1,6

- Các điều kiện biên trong mô hình toán học thiết kế tàu dầu
- Lựa chọn hàm mục tiêu

- Sơ đồ thuật toán tối ưu các thông số của tàu dầu (Sơ đồ)